DE3718849A1 - Elektrolytisches einfaerben von anodisiertem aluminium - Google Patents
Elektrolytisches einfaerben von anodisiertem aluminiumInfo
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- C25D11/20—Electrolytic after-treatment
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen
Einfärbung von anodisierten Oberflächen von Aluminium
oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von
Wechselstrom oder wechselstromüberlagertem Gleichstrom,
wobei die elektrolytische Färbung mit einem
kationische organische Farbstoffe enthaltenden Elektrolyt
durchgeführt wird.
Zur Erhöhung des Korrosionswiderstandes und zur Erzielung
dekorativer Wirkungen kann die Oberfläche des
Aluminiums und seiner Legierungen auf mechanischem
Wege wesentlich verändert oder mit metallischen oder
nichtmetallischen Überzügen versehen werden. Große
Bedeutung hat die Verstärkung des natürlichen schützenden
Oxidfilms durch chemische oder elektrische Verfahren.
Bei den Verfahren zur Einfärbung von Oberflächen von
Aluminium oder Aluminiumlegierungen unterscheidet man
nach dem Stand der Technik, siehe: Wernick, Pinner,
Zurbrügg, Weiner "Die Oberflächenbehandlung von Aluminium",
Leuze Verlag, Saulgau/Württ. (1977), Seiten 354
bis 374 und 309 bis 312, die adsorptive Einfärbung,
die Farbanodisierung und die elektrolytische Einfärbung.
Bei der adsorptiven Einfärbung wird beispielsweise ein
organischer Farbstoff in die Öffnungen der Poren der
Oxidschicht eingebracht, wobei dieser in der Oberflächenregion
der Oberfläche adsorbiert bleibt. Durch
das genannte Verfahren kann das gesamte Farbspektrum
mit einer großen Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit
erhalten werden. Die verschiedensten Farbstoffe,
die hierzu Verwendung finden können, sind käuflich
erhältlich.
Ferner ist die sogenannte Farbanodisierung (Integralverfahren)
seit Jahren in der Anwendung. In einem integralgefärbten
Film befinden sich die feinverteilten
anorganischen Farbpartikel nicht in den Poren der
Oxidschicht, sondern bleiben als Legierungsbestandteil
in der Aluminiumoxidschicht zurück. Hierbei werden
spezielle Aluminiumlegierungen meistens unter Verwendung
von Gleichspannungen bis zu 150 V in nur einem
Verfahrensschritt sowohl eloxiert als auch eingefärbt,
wobei als Elektrolyt geeignete organische Säuren, z. B.
Maleinsäure, Oxalsäure, Sulfosalicylsäure oder Sulfophthalsäure,
eingesetzt werden. Das Integralverfahren
wird jedoch aus Kostengründen (hoher Stromverbrauch,
aufwendige Kühleinrichtungen) in der Praxis immer
weniger angewendet.
Bei der elektrolytischen Einfärbung mittels Metallsalzlösungen
dagegen wird durch anodische Oxidation
unter Anwendung von Gleichstrom in wäßriger Schwefelsäure
und/oder anderen Elektrolytlösungen in einem
ersten Verfahrensschritt zunächst eine farblose transparente
Oxidschicht erzeugt, deren Einfärbung anschließend
in einem zweiten Verfahrensschritt - im
Unterschied zur adsorptiven Färbung - durch Abscheidung
von Metallteilchen aus Metallsalzlösungen am
Grunde der Oxidschichtporen mittels Wechselstrom erfolgt.
Die Farbtöne reichen hierbei von hellbronze
über dunkelbronze bis schwarz. Durch die Einlagerung
am Porengrund erhält man völlig lichtbeständige Färbungen
(W. Sautter, Metalloberfläche, 32, 1978, Seiten
450 bis 454).
Die elektrolytischen Einfärbeverfahren werden für die
Einfärbung von Aluminium - das im Architekturbereich
Verwendung finden soll - aufgrund ihrer Vorteile, wie
höhere Lichtbeständigkeit und Wetterbeständigkeit, in
überwiegendem Maße eingesetzt. Bei den elektrolytischen
Einfärbeverfahren überwiegen aufgrund niedrigerer
Kosten und damit höherer Wirtschaftlichkeit eindeutig
- gegenüber der Integralfärbung - die elektrolytischen
Metallsalzeinfärbungen, wobei hierzu bevorzugt
Sn(II)-, Co-, Ni- und Cu-haltige Elektrolytlösungen
verwendet werden.
Die DE-OS 28 50 136 beschreibt ein Verfahren zur elektrolytischen
Metallsalzeinfärbung von Aluminium, bei
dem zuerst mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine
definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend
mittels Wechselstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-
Salze enthaltenden sauren Elektrolyten eingefärbt
wird, wobei der Elektrolyt auch Stabilisatoren für die
Zinn(II)-Salze enthält. Derartige, Metallsalze enthaltende
Färbeelektrolyten sind jedoch ungeeignet, um beliebige
Buntheit und Helligkeit auf den Aluminium- und
Aluminiumlegierungsoberflächen zu erzeugen.
Die DE-PS 32 48 472 beschreibt ein Verfahren zum Einfärben
von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium
und Aluminiumlegierungen, bei dem ein Färbeelektrolyt
zum Einsatz kommt, mit dem Farben unterschiedlicher
Buntheit und Helligkeit, insbesondere zur Anwendung
bei Profilen für Fenster, Türen, Fassadenelementen
und dergleichen, auf anodisierten Aluminiumoberflächen
erzeugt werden können. Um derartige Einfärbungen
in wirtschaftlicher Weise auch bei unterschiedlichen
Farbnuancen jederzeit farbgleich reproduzierbar
herstellen zu können, enthält der Färbeelektrolyt
außer einem Metallsalz eine organische Farbstoffkomponente.
Als organische Farbstoffkomponente
wird ein metallkomplexhaltiger Azofarbstoff vorgeschlagen.
Somit beschreibt die DE-OS 32 48 472 ein
Verfahren zum Einfärben von anodisch erzeugten Oxidschichten
in einem Metallsalze enthaltenden Elektrolyten
unter gleichzeitiger adsorptiver Einfärbung mit
einem metallkomplexhaltigen Azofarbstoff.
Die vorstehend beschriebenen Färbeverfahren befriedigen
in anwendungstechnischer Hinsicht jedoch nicht in
vollem Umfange: Die elektrolytischen Färbeverfahren -
sowohl das Integralverfahren als auch die Metallsalzfärbung
- erbringen keine bunten Farben, sondern vielmehr
nur graue bzw. bronzene bis schwarze Farbtöne.
Mittels Adsorptivverfahren läßt sich zwar eine breite
Palette bunter Farben erzielen; die Farbstoffe werden
jedoch hierbei nur im oberen Porenbereich adsorbiert.
Solche Färbungen sind daher nicht abriebfest: Bei mechanischen
Belastungen wird die Oberfläche angegriffen,
d. h. die Farbstoffe werden abgetragen und die
Färbung somit aufgehoben. Da solche Belastungen meist
in lokal unregelmäßiger Weise erfolgen, sind die hierbei
erzeugten Kratzer, Flecken, Verfärbungen und dergleichen
besonders auffällig. Die Gebrauchsfähigkeit
derartig eingefärbter Aluminiumteile ist daher in
starkem Maße beeinträchtigt. Auch für Aluminiumfassaden
sind solche Oberflächeneinfärbungen ungeeignet, da
Reinigungen derselben mit üblicherweise Abrasivstoffen
enthaltenden Mitteln zu einem Verblassen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur elektrolytischen
Einfärbung anodischer Oberflächen von Aluminium
oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von Wechselstrom
oder wechselstromüberlagertem Gleichstrom zur
Verfügung zu stellen, welches die vorstehenden Nachteile
nicht aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch
gelöst, daß man die elektrolytische Färbung unter Verwendung
eines kationische organische Farbstoffe enthaltenden
Elektrolyten durchführt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend
ein Verfahren zur elektrolytischen Einfärbung
anodisierter Oberflächen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen
unter Verwendung von Wechselstrom oder
wechselstromüberlagertem Gleichstrom, wobei die elektrolytische
Einfärbung mit einem kationische organische
Farbstoffe enthaltenden wäßrigen Elektrolyten,
der gegebenenfalls noch zusätzlich Leitsalze enthält,
durchgeführt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrolytischen
Einfärbung besteht gegenüber adsorptiven
Einfärbungen darin, daß die katiionischen organischen
Farbstoffe bei der elektrolytischen Einfärbung bis auf
den Grund der Poren der Oxidschicht vordringen, wodurch
ein besserer Schutz der Farbstoffe gegen Abrieb
und Korrosion gewährleistet ist. Infolge dieser tiefen
Ablagerung im Grund der Poren gelingt es, in wirtschaftlicher
Weise außerordentlich abriebfeste bunte
Farbtöne auf anodisiertem Aluminium zu erzeugen.
Durch die im Stand der Technik bekannte elektroadsorptive
Einfärbung von organischen Farbstoffen war es
bisher lediglich möglich, sogenannte unbunte Farbtöne,
wie beispielsweise Grautöne, auf anodisiertem Aluminium
zu erhalten. Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren die Erzeugung einer großen Farbvielfalt
bei gleichzeitig hoher Eindringtiefe.
Prinzipiell können im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens
alle kationischen organischen Farbstoffe Verwendung
finden. Beispiele hierfür sind Farbstoffe aus
den Gruppen der Triphenylmethan-Farbstoffe, Cyanin-
Farbstoffe, Xanthen-Farbstoffe (Xanthenfarbstoffe der
Rhodamingruppe), Acridin-Farbstoffe, Azin-Farbstoffe,
Thiazinfarbstoffe oder der Pyryliumfarbstoffe. Von
diesen sind im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens
Farbstoffe aus den Gruppen der Triphenylmethan-Farbstoffe,
der Xanthen-Farbstoffe und der Azin-Farbstoffe
besonders bevorzugt. Als Beispiele für Vertreter aus
diesen bevorzugten Gruppen der kationischen Farbstoffe
seien genannt: Kristallviolett, Malachitgrün, Methylviolett,
Rhodamin 6G, Methylenblau. Solche Farbstoffe
können sowohl einzeln als auch in Form von Gemischen
in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Aufgrund der positiven Ladung der kationischen organischen
Farbstoffe schlagen sich diese während der negativen
Halbwelle des Wechselstroms auf dem Porengrund
nieder.
Im allgemeinen können die kationischen organischen
Farbstoffe alle möglichen Anionen aufweisen, sofern
diese keinen störenden Einfluß auf die elektrolytische
Abscheidung der kationischen organischen Farbstoffe
ausüben. In diesem Sinne ist bei der Auswahl des Anions
natürlich zu beachten, daß das Farbstoff-Salz in
Wasser löslich ist. Prinzipiell kommen als Anionen für
die Farbstoff-Kationen die Anionen der Mineral- und
Carbonsäuren in Frage, beispielsweise Chlorid, Sulfat,
Perchlorat, Acetat, Tetrafluorborat oder Oxalat. Bevorzugte
Anionen für die kationischen organischen
Farbstoffe im Sinne der Erfindung sind: Chloride, Perchlorate
und/oder Oxalate. Derartige Farbstoffsalze
sind zum Teil käuflich erhältlich oder deren Herstellung
ist dem Fachmann geläufig.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den im Stand
der Technik gebräuchlichen Spannungs- und Stromdichtenbereichen
durchgeführt, die für elektrolytische
Metallsalzeinfärbungen üblicherweise verwendet werden.
In der Regel wird das erfindungsgemäße Verfahren bei
einer - vom Elektrodenabstand abhängigen - Spannung im
Bereich von 8 bis 30 V und den sich unter diesen Bedingungen
einstellenden Stromdichten durchgeführt. Die
Frequenz des Wechselstroms beträgt üblicherweise 50
bis 60 Hz. Als Material für die Gegenelektrode wird
üblicherweise Edelstahl verwendet; jedoch können hierzu
auch andere Materialien, beispielsweise Graphit,
eingesetzt werden.
Sofern im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
von wechselstromüberlagertem Gleichstrom die
Rede ist, so wird hierunter ein unsymmetrischer Wechselstrom
verstanden, dessen Amplitudenhöhen der positiven
bzw. negativen Halbwellen unterschiedliche Werte
aufweisen. Entsprechende Schaltungen zur Erzeugung
derartiger wechselstromüberlagerter Gleichströme sind
dem Fachmann aus dem einschlägigen Stand der Technik
bekannt. In diesem Zusammenhang sei jedoch auf die
bislang unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
P 36 24 868.1 verwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird das Verfahren bei einer Spannung
von 10 bis 22 V und der hierbei resultierenden Stromdichte
durchgeführt.
Erfindungsgemäße elektrolytische Einfärbungen werden
in wäßrigen Lösungen durchgeführt. Dementsprechend ist
die obere Grenze der Konzentration des kationischen
Farbstoffes in der wäßrigen Elektrolytlösung durch die
Löslichkeitsobergrenze des jeweiligen Farbstoffes in
Wasser vorgegeben. Hinsichtlich der unteren Konzentrationsgrenze
des Farbstoffes ist zu beachten, daß eine
zu geringe Konzentration des Farbstoffes im Elektrolyten
eine wirtschaftliche Arbeitsweise im Sinne des
erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zuläßt. Somit liegt
die Konzentration der kationischen Farbstoffe in der
Elektrolytlösung erfindungsgemäß im Bereich von
0,01 g/l bis hin zur Löslichkeitsobergrenze des jeweiligen
Farbstoffes. Im allgemeinen enthalten die wäßrigen
Elektrolytlösungen im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens kationische Farbstoffe in Konzentrationen
von 0,01 bis 10 g/l; vorzugsweise liegen die Konzentrationen
im Bereich von 0,05 bis 5 g/l.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten
Elektrolytlösungen können - zusätzlich zu den
kationischen organischen Farbstoffen - Leitsalze enthalten,
um die Leitfähigkeit der Lösungen zu steigern.
Entsprechende Leitsalze sind dem Fachmann aus dem einschlägigen
Stand der Technik bekannt; sie können beispielsweise
ausgewählt werden aus der Gruppe der wasserlöslichen
Alkalimetall-, Ammonium- und/oder Erdalkalimetallsalze
derjenigen Säuren, die auch das Anion
der kationischen Farbstoffe bilden. Im Sinne der vorliegenden
Erfindung werden als Leitsalze in der Regel
Sulfate, bevorzugt Natriumsulfat oder Magnesiumsulfat,
verwendet. Die Konzentration der Leitsalze in den wäßrigen
Elektrolytlösungen liegt erfindungsgemäß im allgemeinen
im Bereich von 1 bis 50 g/l; bevorzugt ist
hierbei ein Konzentrationsbereich von 5 bis 20 g/l.
Ein Zusatz derartiger Leitsalze kann im Einzelfall zu
einer intensiveren Farbtönung der erzielten Färbung
führen. Der Fachmann wird mithin im Einzelfall - d. h.
je nach verwendetem Farbstoff und nach Art und Intensität
der erwünschten Färbung - entscheiden, ob ein
solcher Zusatz erwünscht ist.
Weitere - gleichfalls nicht kritische - Einflußgrößen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der pH-Wert und
die Temperatur der Elektrolytlösung sowie die Verweilzeit
des zu färbenden Gutes in derselben.
Hinsichtlich des pH-Wertes der Elektrolytlösung gilt
im allgemeinen, daß für den jeweiligen Farbstoff derjenige
pH-Wert optimal ist, der sich beim Auflösen
dieses Farbstoffes - im angegebenen Konzentrationsbereich
- in der wäßrigen Elektrolytlösung einstellt.
Darüber hinaus kann jedoch prinzipiell auch bei anderen
pH-Werten der Elektrolytlösung gearbeitet werden.
So liegt der pH-Wert der Elektrolytlösungen im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regel im Bereich
von 1 bis 9; bevorzugt hierbei ist - im Hinblick
auf das zuerst Gesagte - der pH-Bereich von 2 bis 5.
Sofern jedoch eine pH-Wert-Einstellung der wäßrigen
Elektrolytlösung erwünscht ist, verwendet man hierzu
Säuren bzw. Laugen, die keinen störenden Einfluß auf
die elektrolytische Abscheidung der kationischen Farbstoffe
ausüben, beispielsweise verdünnte wäßrige
Schwefelsäure bzw. Natronlauge.
Hinsichtlich der Temperatur der Elektrolytlösung gilt,
daß man vorzugsweise - alleine im Hinblick auf die
hiermit verbundene Energieersparnis - bei Raumtemperatur,
d. h. in einem Temperaturbereich von ca. 15 bis
25°C, arbeitet. Im Einzelfall, d. h. wiederum in Abhängigkeit
von dem gewählten Farbstoff, kann es jedoch
zweckmäßig sein, höhere Temperaturen - beispielsweise
bis ca. 60°C - zu wählen, um die Diffusion der Farbstoffmoleküle
zu unterstützen und somit eine gleichmäßigere
Färbung zu erzielen.
Die Verweilzeit des zu färbenden Gutes in der Elektrolytlösung
richtet sich vornehmlich nach der erwünschten
Farbtiefe der Färbung. Hierzu lassen sich keine
allgemein gültigen, verbindlichen Richtwerte angeben,
vielmehr muß die optimale Verweilzeit von Fall zu Fall
ausprobiert werden. Beispielhaft seien hier jedoch
Verweilzeiten von ca. 15 bis hin zu 30 Minunten genannt.
Die zuletzt diskutierten Parameter Temperatur und Verweilzeit
dienen insbesondere einer Optimierung der
erwünschten Färbung und bedürfen im Einzelfalle der
Durchführung einiger orientierender Vorversuche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das zu färbende Gut, d. h.
die anodisierten Werkstücke aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen,
vor der eigentlichen Färbebehandlung
unter Anwendung von Wechselstrom oder wechselstromüberlagertem
Gleichstrom zunächst - im gleichen Elektrolyten
- einer Behandlung mit Gleichstrom unterworfen.
Hierbei wird das Werkstück bzw. die Werkstücke
als Anode geschaltet. Die Spannung des Gleichstromes
liegt während dieser Behandlung im vorstehend erwähnten
Bereich; hinsichtlich der übrigen Parameter gilt
gleichfalls das vorstehend gesagte. Während dieser
Vorbehandlung erfolgt noch nicht der eigentliche Färbeprozeß;
diese Vorbehandlung bedingt vielmehr eine
erhöhte Gleichmäßigkeit der nachfolgenden Färbung
sowie eine bessere Tiefenstreuung derselben. Nähere
Einzelheiten zu einer solchen Vorbehandlung mittels
Gleichstrom sind in der DE-OS 26 09 146 beschrieben.
Durch die Anwendung mehrerer, aufeinander folgender
Behandlungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen
sich durch gezieltes Abstimmen der Einflußgrößen
der einzelnen Behandlungen die unterschiedlichsten
Farbnuancen der Aluminiumoxidschichten erzielen.
Vor der erfindungsgemäßen elektrolytischen Einfärbung
der anodisierten Oberflächen werden die aus Aluminium
bzw. dessen Legierungen hergestellten Gegenstände
einer üblichen Vorbehandlung zur Herstellung der
oxidischen Oberflächenschicht unterzogen. Bei dieser
ersten Behandlungsstufe sind der Zustand der zu anodisierenden
Halbzeuge, d. h. der Glanz- bzw. Mattheitsgrad
der Oberflächen, sowie die Elektrolytzusammensetzung
und die Arbeitsbedingungen während des Anodisiervorganges
wichtige Einflußgrößen. Hier gelten
die dem Fachmann aus dem einschlägigen Stand der Technik,
beispielsweise der eingangs zitierten Monographie
von Wernick, Pinner, Zurbrügg und Weiner, bekannten
Bedingungen.
Die nachfolgend genannten Ausführungsbeispiele dienen
der Erläuterung der Erfindung, ohne jedoch die vorliegende
Erfindung auf die in den Ausführungsbeispielen
genannten Einzelheiten zu beschränken.
Für die nachstehenden Beispiele wurden Probebleche
(Dimension 50 mm×40 mm×1 mm) aus dem Werkstoff Al
99,5 (DIN-Werkstoff Nr. 3.0255) verwendet.
Vor dem Anodisieren wurden die Bleche nach herkömmlichen
Verfahren entfettet, gebeizt und dekapiert. Die
Entfettung erfolgte mit einem alkalischen Reiniger,
enthaltend Borate, Carbonate, Phosphate und nichtioinische
Tenside (P3-almeco® 18, Fa. Henkel KGaA, Düsseldorf);
Badkonzentration: 5 Gew.-%, Temperatur: 70°C,
Tauchzeit: 15 Minuten. Zum Beizen wurde ein Gemisch
(3 : 1) aus NaOH und einem Alkali, Alkohole und Salze
anorganischer Säuren enthaltendem Beizmittel (P3-
almeco® 46, Fa. Henkel KGaA, Düsseldorf) verwendet;
Badkonzentration: 8 Gew.-%, Temperatur: 55°C, Tauchzeit:
10 Minuten. Das Dekapieren erfolgte mit einem
sauren, Salze anorganischer Säuren sowie anorganische
Säuren enthaltendem Dekapiermittel (P3-almeco® 90, Fa.
Henkel KGaA, Düsseldorf), Badkonzentration: 15 Gew.-%,
Temperatur 20°C, Tauchzeit: 10 Minuten. Nach jedem
Verfahrensschritt wurden die Bleche mit entionisiertem
Wasser gründlich gespült.
Die anschließende Anodisierung wurde nach dem Gleichstrom-
Schwefelsäure-Verfahren vorgenommen; Badzusammensetzung:
200 g/l H₂SO₄, 10 g/l Al; Lufteinblasung:
8 m³/m²·h; Temperatur: 18°C, Gleichspannung: 15 V.
Die Anodisierzeiten betrugen etwa 3 Minuten pro µm
Schichtaufbau; d. h. die Gesamtanodisierzeiten für die
in den nachstehenden Beispielen angegebenen Oxidschichtdicken
von 15 bis 25 µm lagen zwischen 45 und
75 Minuten.
Nach erneutem gründlichen Spülen mit entionisiertem
Wasser erfolgte nun die erfindungsgemäße elektrolytische
Färbebehandlung (Einzelheiten nachstehend). Anschließend
wurden die Bleche wiederum gespült und sodann
in heißem Wasser unter Zusatz eines Sealingbelagverhinderers
auf Basis von Salzen organischer Säuren
und nichtionischer Tenside (P3-almecoseal® SL, Fa.
Henkel KGaA, Düsseldorf) verdichtet; Badtemperatur: 98
bis 100°C, Tauchzeit: 60 Minuten, Konzentration des
Sealingbelagverhinderers: 0,2 Gew.-%.
In den nachstehenden Beispielen wurden die verwendeten
kationischen Farbstoffe sowie die Dicke der Oxidschichten
variiert.
Die folgenden kationischen Farbstoffe wurden eingesetzt:
1a:Rhodamin 6G, als Perchlorat (Xanthenfarbstoff)
1b:Kristallviolett, als Chlorid (Triphenylmethanfarbstoff)
1c:Malachitgrün, als Oxalat (Triphenylmethanfarbstoff)
1d+1e:Methylviolett, als Chlorid (Triphenylmethanfarbstoff)
1f:Methylenblau, als Chlorid (Azinfarbstoff).
Die Farbstoffkonzentration im wäßrigen Elektrolyten
betrug jeweils 5 g/l, die Temperatur des Elektrolyten
20°C und die Behandlungsdauer (Färbezeit) je 15 Minuten.
Die pH-Werte des Elektrolyten ergaben sich jeweils
durch Auflösen des genannten Farbstoffes in der
angegebenen Konzentration. Lediglich im Falle des Beispiels
1e wurde mittels H₂SO₄ ein niederer pH-Wert
eingestellt.
Es wurde jeweils mit einer Wechselspannung von 15 V
(50 Hz) - Gegenelektrode aus Edelstahl - gearbeitet.
Die Messung der Dicke der Oxidschicht erfolgte nach
dem Wirbelstromprinzip gemäß DIN 50 984. Im Anschluß an
die elektrolytische Einfärbung wurde die jeweilige
Eindringtiefe der Färbung durch Abreiben der Oxidschicht
bis zur beginnenden Aufhellung mit einem Abriebtestgerät
nach ISO/TC 79/Sc 2 N420E und anschließender
Messung der verbleibenden Schichtdicke wie vorstehend
angegeben bestimmt.
Die ermittelten Werte sind in der nachstehenden Tabelle
1 zusammengefaßt:
Die vorstehenden Werte zeigen, daß es das erfindungsgemäße
Verfahren ermöglicht, unterschiedliche Färbungen
der Oxidschicht bei gleichzeitig hohen Eindringtiefen
in dieselbe zu erzeugen. Beispiel 1e verdeutlicht,
daß durch Variation des pH-Wertes die Eindringtiefe
der Färbung beeinflußt bzw. gesteuert werden
kann.
Diese Beispiele wurden ausschließlich mit dem kationischen
Farbstoff Malachitgrün (als Oxalat) - unter
Variation der Farbstoffkonzentration, der Spannung und
der Färbezeit - durchgeführt. Die nachstehenden Parameter
wurden bei allen Beispielen konstant gehalten:
Oxidschichtdicke: jeweils 22 µm; pH-Wert des wäßrigen
Elektrolyten: 2,3; Temperatur des Elektrolyten: 20°C.
In Beispiel 2i wurde dem Elektrolyten zusätzlich ein
Leitsalz - 10 g/l MgSO₄ - zugefügt.
Die ermittelten Werte sind in Tabelle 2 zusammengefaßt:
Die in den Beispielen 2a bis 2e ermittelten Werte zeigen,
daß mit zunehmender Konzentration des Farbstoffes
inktensivere Farbtönungen - bei etwa gleicher Eindringtiefe
- resultieren. Auch eine Erhöhung der Spannung -
Beispiele 2f bis 2h - führt zu diesem Ergebnis. Der
Einfluß unterschiedlicher Färbezeiten ist demgegenüber
weniger stark ausgeprägt.
Der Zusatz des Leitsalzes in Beispiel 2i führt - im
Vergleich zu Beispiel 2f, bei gleicher Färbezeit, aber
geringerer Spannung - gleichfalls zu einer intensiveren
Farbtönung; die Eindringtiefe wird hierdurch jedoch
nicht nennenswert beeinflußt.
Zu den Vergleichsversuchen wurden Probebleche eingesetzt,
die in gleicher Weise wie in den erfindungsgemäßen
Beispielen vorbehandelt waren. Zur Färbung der
Oxidschicht wurden handelsübliche anionische Aluminium-
Farbstoffe verwendet. Es wurde jeweils einerseits
im herkömmlichen Tauchverfahren sowie andererseits
unter Anwendung von Wechselstrom - 15 V, 50 Hz -
gearbeitet. Die Temperaturen des wäßrigen Bades bzw.
des Elektrolyten betrugen jeweils 60°C; die Färbezeiten
15 Minuten. Der pH-Wert der Bäder entsprach
jeweils denjenigen Werten, die sich beim Auflösen des
jeweiligen Farbstoffes in Wasser ergaben.
Farbstoff-Typ, -Konzentration und Dicke der Oxidschicht
sowie die hierbei erzielte Färbung und insbesondere
die Eindringtiefen in die Oxidschicht - ohne
und mit Anwendung von Wechselstrom - sind aus Tabelle
3 ersichtlich.
Es zeigt sich, daß in allen Fällen eine nur unzureichende
Eindringtiefe der Färbung in die Oxidschicht
erfolgt, wobei auch die Anwendung von Wechselstrom
keine signifikanten Änderungen - im Sinne von höheren
Eindringtiefen - bedingt.
Claims (9)
1. Verfahren zur elektrolytischen Einfärbung anodisierter
Oberflächen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen
unter Verwendung von Wechselstrom oder wechselstromüberlagertem
Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrolytische Einfärbung mit einem kationische
organische Farbstoffe enthaltenden wäßrigen Elektrolyten,
der gegebenenfalls noch zusätzlich Leitsalze
enthält, durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die kationischen organischen Farbstoffe ausgewählt
sind aus den Gruppen der Triphenylmethan-, Xanthen-
und/oder Azinfarbstoffe.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die kationischen organischen Farbstoffe in Form
ihrer Chloride, Oxalate und/oder Perchlorate eingesetzt
werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man bei der elektrolytischen Einfärbung
eine Wechselspannung oder eine wechselspannungsüberlagerte
Gleichspannung im Bereich von 8 bis
30 V anwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Spannung im Bereich von 10 bis 22 V anwendet.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die kationischen organischen Farbstoffe
in dem Elektrolyten in einer Konzentration von 0,01
g/l bis zur Löslichkeitsobergrenze der Farbstoffe vorliegen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die kationischen organischen Farbstoffe in dem
Elektrolyten in einer Konzentration im Bereich von
0,01 bis 10 g/l, vorzugsweise von 0,05 bis 5 g/l, vorliegen.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrolyt als Leitsalz Natriumsulfat
und/oder Magnesiumsulfat in Konzentrationen von 1
bis 50 g/l, vorzugsweise von 5 bis 20 g/l, enthält.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man die anodisierten Oberflächen von
Aluminium oder Aluminiumlegierungen vor der elektrolytischen
Einfärbung unter Verwendung von Wechselstrom
oder wechselstromüberlagertem Gleichstrom im gleichen
Elektrolyten einer Behandlung mit Gleichstrom unterwirft.
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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Owner name: BRODALLA, DIETER, DIPL.-CHEM.DR., 4000 DUESSELDORF |
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